CN205517223U - 一种烟气脱硫零排放资源处理系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种烟气脱硫零排放资源处理系统，该系统包括：脱硫塔、氧化槽、脱水机、滤液槽、回流系统及反应槽。脱硫塔储存并循环氢氧化镁浆液使其与含硫烟气发生反应得到脱硫废水；氧化槽获取脱硫废水使其在催化剂的催化作用下反应得到废水处理液；废水处理液由脱水机进行脱水并得到滤饼及滤液，滤饼直接排出；滤液进入该滤液槽，未达到预设浓度时滤液通过回流系统送回至脱硫塔内循环使用；达到预设浓度时滤液在反应槽内与液氨反应以得到可回收的氢氧化镁及硫酸铵。该系统采用制备氢氧化镁及硫酸铵取代常规镁法脱硫回收工艺，经济效益更高，实现资源更大化的回收再利用。且无需煅烧，工艺更为简便，成本较低，避免了环境污染及资源浪费。
Description
技术领域
本实用新型涉及烟气脱硫工艺技术领域，特别涉及一种烟气脱硫零排放资源处理系统。
背景技术
煤矿等矿物燃烧在现今社会发展中仍是人类获取能源的主要途径之一。而该种工艺在提供热能的同时，亦产生了大量的SO2和烟尘等大气污染物。烟气脱硫是世界上唯一大规模商业化应用的脱硫方式，技术成熟且运行可靠，主要有湿法、半干法、干法。湿法脱硫工艺则是目前使用最为广泛的脱硫技术。其中镁法脱硫与现广泛应用的石灰石-石膏法烟气脱硫工艺相比，具有脱硫效率高、克服结垢堵塞、以及避免副产品难以处理的问题。该法作为一种经济实用且具有良好市场前景的技术已受到了广泛的关注及发展。
现有的镁法烟气脱硫工艺中，根据对脱硫产物的后期处置一般可分为再生法、抛弃法及氧化回收法：
具体地，再生法中，吸收塔内反应后流出的浆液主要是亚硫酸镁和硫酸镁溶液。在要求对氧化镁再生时，首先需将溶液提纯，而后进行浓缩、干燥，并用流化床将干燥后的亚硫酸镁和硫酸镁在严格控温的条件下进行煅烧，重新生成氧化镁和SO2，煅烧生成的氧化镁返回吸收系统，收集到纯度较高的SO2气体被送入硫酸装置制硫酸。由于硫酸镁的分解温度高于亚硫酸镁，故导致了工艺的高能耗，同时为了提高氧化镁的品质，需严格控制煅烧温度，还需添加抑制剂抑制亚硫酸镁的氧化，上述步骤均使得运行成本和管理难度大幅增加。
抛弃法亦称为氢氧化镁法，其脱硫工艺与再生法相似，所不同的是在再生法中，为了降低脱硫产物的煅烧分解温度，需防止脱硫吸收液的氧化，而在抛弃法中则须进行强制氧化以促使亚硫酸镁最大程度转变为硫酸镁。抛弃法的烟气系统、浆液制备系统及SO2吸收系统与再生法相同，而浆液处理则是将反应后的浆液经强制鼓风氧化，而后固液分离，分离出水达标外排，废渣外运处置，本法在脱硫过程中产生的镁盐随废水外排，故运行时需要通过在浆液制备系统中不断补充氧化镁。由于含有大量镁盐的脱硫废水一般不经处理直接进行外排，易造成环境污染，同时也存在资源浪费的问题。
氧化回收法指将脱硫产物氧化成硫酸镁再予以回收。其脱硫工艺与再生法类似，仅在脱硫剂浆液的处理方式上有所不同。在脱硫塔内二氧化硫和氢氧化镁反应之后生成的亚硫酸镁进入吸收塔底浆液池，由鼓风机往浆液池强制送风，氧化成硫酸镁，而后进行过滤以除去不溶杂质。脱杂后的硫酸镁溶液经浓缩结晶步骤产得七水硫酸镁。回收的七水硫酸镁经干燥后包装贮仓，分离出水则回收后输送到脱硫塔进行循环使用。该方法的回收产物经济效益较差，与高成本投入的回收工艺相比，易造成入不敷出的现象。
上述方法中存在着对脱硫副产物回收工艺复杂，运行成本较大，易造成环境污染以及回收产物经济效益差等问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种烟气脱硫零排放资源处理系统，以解决现有的镁法烟气脱硫工艺在实际运用中所存在的工艺复杂、运行成本高、回收物不能充分利用、回收产物经济效益较差及易造成环境污染的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种烟气脱硫零排放资源处理系统，包括：
脱硫塔，所述脱硫塔用于储存氢氧化镁浆液，并循环所述氢氧化镁浆液使其与含硫烟气发生反应得到脱硫废水及脱硫烟气，所述脱硫烟气直接排放；
氧化槽，所述氧化槽用于获取所述脱硫废水，以使所述脱硫废水在催化剂的作用下发生反应得到废水处理液；
脱水机，所述氧化槽与该脱水机相连，所述脱水机用于脱除所述废水处理液中的渣质，以得到滤饼及滤液，所述滤饼直接排出；
滤液槽，所述滤液槽与所述脱水机相连，所述滤液进入该滤液槽，所述滤液槽监测所述滤液的浓度，当浓度达到预设值时输入反应槽，否则输入回流系统；
回流系统，所述回流系统用于将浓度未达到预设值的所述滤液送回至所述脱硫塔内循环使用；
反应槽，所述反应槽用于将浓度达到预设值的所述滤液与液氨反应以得到可回收的氢氧化镁及硫酸铵。
较佳地，所述脱硫塔的底部设有循环槽，所述循环槽用于储存所述氢氧化镁浆液，所述脱硫塔的烟气入口处设有预冷装置，所述预冷装置用于对烟气进行降温。
较佳地，还包括吸收液储槽，与pH计及加药泵相连，用于储存氢氧化镁溶液，并通过所述pH计及加药泵向所述脱硫塔及氧化槽内补充氢氧化镁溶液。
较佳地，所述脱硫塔内的浆液通过射流系统进行循环，所述射流系统的一端与一循环泵相连，另一端与所述脱硫塔内的喷淋系统和/或喷雾系统相连，所述循环泵用于驱动浆液流入所述射流系统，所述射流系统用于将所述浆液与空气混合后重新通过所述喷淋系统和/或喷雾系统喷雾和/或喷雾至脱硫塔内以与烟气混合。
较佳地，所述脱硫塔的底部设有第一曝气设备，所述氧化槽的底部设有第二曝气设备。
较佳地，所述第一曝气设备和/或第二曝气设备为鼓风机或旋切混流曝气装置。
较佳地，所述催化剂存储于一催化剂储槽中，所述催化剂储槽与所述氧化槽相连，所述催化剂为钴盐或钴盐与其他过渡金属盐的复合物。
较佳地，还包括设于所述氧化槽与所述脱水机之间的缓冲槽，所述缓冲槽与一硅藻土溶液槽相连，所述缓冲槽用于获取所述废水处理液并使其与来自硅藻土溶液槽内的硅藻土溶液进行污泥调理，调理后的废水处理液再输入至所述脱水机。
较佳地，所述反应槽与液氨罐及相连，所述液氨罐用于向所述反应槽内输送液氨，所述反应槽的输出口与第二脱水机相连，所述第二脱水机对所述浓缩液与液氨反应后的溶液进行脱水得到氢氧化镁泥饼及硫酸铵溶液，所述硫酸铵溶液输入至一蒸发装置，所述蒸发装置用于对所述硫酸铵溶液进行蒸馏获得固体硫酸铵。
较佳地，所述蒸发装置与所述回流系统相连，所述蒸发装置用于在110℃～170℃的温度下对所述硫酸铵溶液进行蒸馏，所得到的蒸发水通过所述回流系统送回至所述脱硫塔内循环使用，或所述蒸发水作为其他工艺用水回收使用。
本实用新型提供的烟气脱硫零排放资源处理系统具有如下技术效果：
(1)采用特殊的浆液处理工艺(制备氢氧化镁及硫酸铵)的流程取代常规镁法脱硫回收工艺的步骤，得到的回收产品为经济效益更高的高纯度硫酸氨及氢氧化镁，实现资源更大利益化的回收再利用。且无需煅烧，工艺操作更为简便，成本较低。
(2)采取了措施：a、在烟气脱硫系统循环的喷雾管路和/或喷淋管路上增设射流系统；b、在脱硫塔循环槽及氧化槽内增设高效曝气设备；c、在氧化槽添加新型催化剂；d、在滤液槽增设脱硫废水的回流系统。该些措施强化系统副产物亚硫酸镁向硫酸镁的转化，并在脱硫废水循环利用过程中实现硫酸镁浓度的大幅提升。
(3)在滤液槽处设置回流系统，使得脱硫过程中收集的灰尘和杂质等得以持续地从系统内排出，并不会随滤液循环利用过程而富集，大大降低了管路及喷嘴等部件堵塞的几率。从滤液槽将符合浓度要求的废水排出，既能保证外排废水中硫酸镁的浓度稳定，又能充分利用现有的除渣设施，保证外排废水中硫酸镁的纯度，同时还不会对脱硫塔循环槽内的液位正常波动产生影响。
(4)工艺流程中除了第一级脱水产生的灰渣泥饼外，所有产物可做到循环使用，实现了脱硫废水零排放及副产物高效资源化，另外，由于滤液的循环利用，脱硫系统工艺耗水量大幅下降，避免了环境污染及资源浪费。
附图说明
图1为本实用新型提供的烟气脱硫零排放资源处理系统结构图；
图2为本实用新型提供的烟气脱硫零排放资源处理方法流程图。
具体实施方式
为更好地说明本实用新型，兹以一优选实施例，并配合附图对本实用新型作详细说明，具体如下：
如图1所示，本实用新型提供的烟气脱硫零排放资源处理系统，包括：
脱硫塔6，脱硫塔6用于储存氢氧化镁浆液，并循环氢氧化镁浆液使其与含硫烟气发生反应得到脱硫废水及脱硫烟气，其中，脱硫烟气直接排放；
氧化槽13，氧化槽13用于获取上述脱硫废水，以使脱硫废水在催化剂的催化作用下反应得到废水处理液，催化剂提高亚硫酸镁的转化效率；
第一脱水机19，氧化槽13与该第一脱水机19相连，第一脱水机19用于脱除废水处理液中的渣质，以得到滤饼及滤液，其中，滤饼直接排出；
滤液槽21，滤液槽21与第一脱水机19相连，滤液进入该滤液槽21，滤液槽21监测滤液的浓度，当浓度达到预设值时输入反应槽22，否则输入回流系统24；
回流系统24，回流系统24用于将浓度未达到预设值的滤液送回至脱硫塔6内循环使用，在此过程中可实现废水中的硫酸镁浓度的不断提升，同时大幅降低烟气脱硫系统的工艺耗水量；
反应槽22，反应槽22用于将浓度达到预设值的滤液与液氨反应以得到可回收的氢氧化镁及硫酸铵。
具体地，脱硫塔6的底部设有循环槽，循环槽用于储存氢氧化镁浆液。该脱硫塔6通过补水阀2控制进行补水，以保证脱硫塔6的循环槽内的溶液处于较合适的浓度；脱硫塔6的烟气入口处设有预冷装置4，经除尘处理后的含硫烟气经引风机进入脱硫塔6，部分循环的浆液在预冷装置4所在处与烟气混合，增加烟气的湿度的同时对烟气进行降温至较适于SO2发生化学反应的温度，并进一步去除部分烟气内的粉尘。本实施例中预冷装置包括一预冷部加压泵3，将预冷用的水通过该预冷部加压泵3输送至烟气入口处在预冷装置4的作用下与烟气混合。在其他优选实施例中，预冷装置4可以采用其他方法进行烟气的预冷，本实用新型对此不做特别限定。
脱硫塔6还与一pH计相连，pH计与加药系统相连，pH计及加药泵与吸收液储槽12相连，吸收液储槽12内储存有待补充的氢氧化镁溶液。pH计用于监测脱硫塔6内的氢氧化镁浆液的酸碱度，加药系统用于根据来自pH计的监测信息通过循环槽加药阀8自动控制输出吸收液储槽12内的药量，从而施加氢氧化镁溶液至脱硫塔6内氢氧化镁浆液中。而吸收液储槽12内的药量还通过氧化槽加药阀控制输送至氧化槽13内，以控制氧化槽13内的反应充分。
脱硫塔6与射流系统9相连，该射流系统9的一端与一循环泵7相连，另一端与所述脱硫塔内的喷淋系统和/或喷雾系统相连，该循环泵7与脱硫塔6底部的循环槽相连。脱硫塔6内的浆液通过该射流系统9进行循环，循环泵7用于驱动浆液流入射流系统9，射流系统9用于将浆液与空气混合后通过上述的喷淋系统和/或喷雾系统进行喷淋和/或喷雾至脱硫塔内以与烟气混合。混入空气的浆液使得亚硫酸镁在循环管路内完成向硫酸镁的转化，其曝气效率是微孔曝气效率的2-3倍，是穿孔曝气效率的4-6倍。由于是利用了循环泵7作为射流及曝气的动力来源，不仅提升喷雾作用，而且节约了额外的曝气能耗。此外，本实施例中的脱硫塔6的底部设有第一曝气设备5，氧化槽13的底部设有第二曝气设备14。本实施例中的曝气设备均为旋切混流曝气装置，通过使用鼓风机为旋切混流曝气装置供气，使得旋切混流曝气装置作为一种高效曝气设备在一方面提升曝气效率，另一方面可避免出现堵塞导致曝气失效等问题。其中，旋切混流曝气装置主要由外筒、中心进气管、顺向旋流板、逆向旋流板、分流器组成，中心进气管竖直内置并且其上部具有进气口，顺向旋流板和逆向旋流板与中心进气管固定，分流器固定在中心进气管的底部。该旋切混流曝气装置具有大口径曝气口，在曝气时，可以有效地避免了在脱硫塔及氧化槽内的反应液由于存在渣质而发生堵塞，比现有常规膜片式曝气器以及功能相近的曝气装置效果更好。
本实施例中的催化剂为新型催化剂：氯化钴，氯化钴存储于一催化剂储槽15中。催化剂储槽15与氧化槽13相连，在其他优选实施例中，催化剂还可以为储存于催化剂储槽15中的钴盐或钴盐与其他过渡金属盐的复合物等。
氧化槽13与第一脱水机19之间还设有缓冲槽16，缓冲槽16与一硅藻土溶液槽17相连，缓冲槽16获取来自氧化槽反应后的废水处理液并使其与来自硅藻土溶液槽17内的硅藻土溶液进行污泥调理，调理后的废水处理液通过给泥泵18再输入至第一脱水机19。通过加入硅藻土溶液，使得废水中存在的微小颗粒(烟尘及吸收液内所含的杂质)凝聚成大的颗粒，有利于后续的脱水过滤。
而反应槽22与液氨罐23及相连，液氨罐23用于向反应槽22内输送液氨，反应槽22的输出口与第二脱水机26相连。浓度达到预设值的滤液(本实施例中也称浓缩液)与液氨反应后的溶液经隔膜泵25输入至第二脱水机26，第二脱水机26对浓缩液与液氨反应后的溶液进行脱水得到氢氧化镁泥饼及硫酸铵溶液，氢氧化镁泥饼直接通过泥斗27收集并排出，可用于前端脱硫剂的配置或销售，而硫酸铵溶液输入至一蒸发装置28。蒸发装置28在110～170℃的蒸发温度下结晶，所得固体产物为硫酸铵晶体，可作为资源回用或销售，还蒸馏获得蒸发水，其中，蒸发装置28也可与回流系统24相连，蒸发水通过回流系统24也送回至脱硫塔6内循环使用，或者蒸发水作为其他工艺用水。本实施例中的回流系统24为一循环泵，该循环泵用于提供动力使得液体循环至脱硫塔6中。
本实用新型提供的烟气脱硫零排放资源处理系统工作过程如图2所示，工作过程包括步骤S1～S5，具体如下：
S1：在脱硫塔内循环氢氧化镁浆液使其与预冷处理后的含硫烟气发生反应得到脱硫废水及脱硫烟气，其中，脱硫烟气直接排放。
具体地，采用射流系统循环脱硫塔中的浆液，且循环时在对浆液混入空气后进行循环喷雾和/或喷淋。循环槽内的浆液经由循环泵7输送至脱硫塔6中部的射流系统9内，循环浆液与从下而上的含有SO2的烟气进行逆向接触并充分反应，其中的SO2同循环液中的氢氧化镁反应中和，溶液中的催化剂(从氧化槽处添加)使大部分生成的亚硫酸镁转化为硫酸镁，其他杂质也大部分被洗涤脱除，同时原烟气温度将进一步降低。脱硫后的净烟气经除雾器1脱除微小液滴后，经塔顶烟囱排放至大气中，经脱硫后的脱硫废水回流至循环槽内。其中，本实施例中还采用第一曝气设备对氢氧化镁浆液进行曝气处理。
S2：将脱硫废水输入氧化槽在催化剂的作用下发生反应得到废水处理液。
脱硫塔6循环槽内排出的脱硫废水输送至氧化槽13内，其主要成分为亚硫酸镁和硫酸镁。在低剂量新型催化剂(本实施例中为氯化钴)的作用下，通过第二曝气设备14可高效转化微溶亚硫酸镁为硫酸镁。氧化后的浆液再流入缓冲槽16内，并投加硅藻土溶液进行污泥调理。再将调理后的废水处理液进行步骤S3的操作。
S3：对废水处理液进行脱水并得到滤饼及滤液，滤饼直接排出。
污泥调理后的污泥通过脱水机19脱水后产生的滤饼由泥斗20收集后外运处置，而滤液则流入滤液槽21内，并作为补给水通过回流系统24回流至脱硫塔6中(可回流至除雾系统、补水系统、预冷系统)。脱水机19使得脱硫过程中收集的灰尘和杂质等得以持续地从系统内排出，并不会随滤液循环利用过程而富集，大大降低了管路及喷嘴等部件堵塞的几率。
S4：监测滤液的浓度，当浓度达到预设值时输入反应槽，否则输入回流系统以送回至脱硫塔内循环使用。
滤液槽21将符合浓度要求的浓缩液排出，既能保证外排浓缩液的浓度稳定，又能充分利用现有的除渣设施，保证外排浓缩液的纯度，同时还不会对脱硫塔循环槽内的液位正常波动产生影响。另外，由于滤液的循环利用，脱硫系统工艺耗水量大幅下降。
S5：在反应槽内将浓度达到预设值的滤液与加入的液氨进行反应，得到可回收的氢氧化镁及硫酸铵。
将达到浓度的浓缩液与来自液氨罐23的液氨进行反应后，将反应后的溶液送入第二脱水机26进行脱水得到氢氧化镁泥饼及硫酸铵溶液，氢氧化镁泥饼直接通过泥斗27排出，该泥饼为高纯度的氢氧化镁，可用于前端脱硫剂的配置或销售。而硫酸铵溶液输入至蒸发装置28，进行蒸馏得到蒸发水及固体硫酸铵。具体在110～170℃的温度下进行蒸发结晶，优选为在130～150℃的蒸发温度下结晶。其中，固体产物为硫酸铵晶体，可作为资源回用或销售。蒸发水再次通过回流系统24送回至脱硫塔6内作为补水循环利用，也可作为其他工艺用水。
该方法通过使用安装的射流系统和高效曝气系统及脱硫废水循环利用过程中提高脱硫副产物亚硫酸镁向硫酸镁的转化效率，提高脱硫废水中硫酸镁的浓度。此外新型的催化剂可有效提高亚硫酸镁的转化效率。通过制备氢氧化镁及硫酸铵的工艺进行烟气脱硫副产物处置，实现了资源更有效的回收再利用。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，对本实用新型所做的变形或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述的权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种烟气脱硫零排放资源处理系统，其特征在于，包括：
脱硫塔，所述脱硫塔用于储存氢氧化镁浆液，并循环所述氢氧化镁浆液使其与含硫烟气发生反应得到脱硫废水及脱硫烟气，所述脱硫烟气直接排放；
氧化槽，所述氧化槽用于获取所述脱硫废水，以使所述脱硫废水在催化剂的作用下发生反应得到废水处理液；
脱水机，所述氧化槽与该脱水机相连，所述脱水机用于脱除所述废水处理液中的渣质，以得到滤饼及滤液，所述滤饼直接排出；
滤液槽，所述滤液槽与所述脱水机相连，所述滤液进入该滤液槽，所述滤液槽监测所述滤液的浓度，当浓度达到预设值时输入反应槽，否则输入回流系统；
回流系统，所述回流系统用于将浓度未达到预设值的所述滤液送回至所述脱硫塔内循环使用；
反应槽，所述反应槽用于将浓度达到预设值的所述滤液与液氨反应以得到可回收的氢氧化镁及硫酸铵。
2.根据权利要求1所述的烟气脱硫零排放资源处理系统，其特征在于，所述脱硫塔的底部设有循环槽，所述循环槽用于储存所述氢氧化镁浆液，所述脱硫塔的烟气入口处设有预冷装置，所述预冷装置用于对烟气进行降温。
3.根据权利要求1所述的烟气脱硫零排放资源处理系统，其特征在于，还包括吸收液储槽，与pH计及加药泵相连，用于储存氢氧化镁溶液，并通过所述pH计及加药泵向所述脱硫塔及氧化槽内补充氢氧化镁溶液。
4.根据权利要求1所述的烟气脱硫零排放资源处理系统，其特征在于，所述脱硫塔内的浆液通过射流系统进行循环，所述射流系统的一端与一循环泵相连，另一端与所述脱硫塔内的喷淋系统和/或喷雾系统相连，所述循环泵用于驱动浆液流入所述射流系统，所述射流系统用于将所述浆液与空气混合后重新通过所述喷淋系统和/或喷雾系统喷淋和/或喷雾至脱硫塔内以与烟气混合。
5.根据权利要求1或2所述的烟气脱硫零排放资源处理系统，其特征在于，所述脱硫塔的底部设有第一曝气设备，所述氧化槽的底部设有第二曝气设备。
6.根据权利要求5所述的烟气脱硫零排放资源处理系统，其特征在于，所述第一曝气设备和/或第二曝气设备为旋切混流曝气装置。
7.根据权利要求1或2所述的烟气脱硫零排放资源处理系统，其特征在于，所述催化剂存储于一催化剂储槽中，所述催化剂储槽与所述氧化槽相连，所述催化剂为钴盐或钴盐与除钴盐以外的其他过渡金属盐的复合物。
8.根据权利要求1所述的烟气脱硫零排放资源处理系统，其特征在于，还包括设于所述氧化槽与所述脱水机之间的缓冲槽，所述缓冲槽与一硅藻土溶液槽相连，所述缓冲槽用于获取所述废水处理液并使其与来自硅藻土溶液槽内的硅藻土溶液进行污泥调理，调理后的废水处理液再输入至所述脱水机。
9.根据权利要求1所述的烟气脱硫零排放资源处理系统，其特征在于，所述反应槽与液氨罐相连，所述液氨罐用于向所述反应槽内输送液氨，所述反应槽的输出口与第二脱水机相连，所述第二脱水机对浓度达到预设值的滤液与液氨反应后的溶液进行脱水得到氢氧化镁泥饼及硫酸铵溶液，所述硫酸铵溶液输入至一蒸发装置，所述蒸发装置用于对所述硫酸铵溶液进行蒸馏获得固体硫酸铵。
10.根据权利要求9所述的烟气脱硫零排放资源处理系统，其特征在于，所述蒸发装置与所述回流系统相连，所述蒸发装置用于在110℃～170℃的温度下对所述硫酸铵溶液进行蒸馏，所得到的蒸发水通过所述回流系统送回至所述脱硫塔内循环使用，或所述蒸发水作为其他工艺用水回收使用。
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